JPH089684A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンプレッサモータを最大効率で運転する。 【構成】 インバータ電源２と圧縮機のモータ３の間に
あるモータの巻線ｕ，ｖ，ｗの内の一相の巻線ｖに流れ
る運転電流を電流検知器ＣＴにより検知して、この電流
検知器からの運転電流値に基づいて、コントローラ８に
よりインバータ電源２を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばルームエアコン
等の空気調和装置の制御技術に係り、特にインバータ電
源を用いて最大効率運転制御を行うことができるインバ
ータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インバータ電源を用いた周波数可変制御
方式の空気調和装置では、インバータ電源を構成するコ
ンバータは３相交流電源Ｒ，Ｓ，Ｔを直流電力に整流し
て、この直流電力をインバータ電源を構成するインバー
タに対して供給するようになっている。

【０００３】この種の従来の空気調和装置では、コンバ
ータとインバータの間に、電流検知用のＣＴ（カレント
トランス）を配置して、この電流検知用のＣＴの検出す
る交流信号を整流回路を介して直流電圧に変換して、検
出信号としてマイクロコンピュータに与えるようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
コンバータとインバータの間に電流検知用のＣＴを配置
すると、コンバータモータの運転電流の変化が少なく、
運転周波数が変わってもマイクロコンピュータはコンバ
ータモータの負荷状態の変化を把握しにくい。

【０００５】また、図５に示すように、インバータ運転
周波数に対するコンプレッサモータへの出力電圧は、常
に出力電圧／運転周波数の関係が一定（出力電圧／運転
周波数一定制御という）であり、このようなオープンル
ープ制御では、コンプレッサモータの負荷の変化には関
係ない。

【０００６】そこで、出願人は、このようなオープンル
ープ制御では、ある特定の負荷範囲では効率の良い運転
（すなわち効率の良いモータ駆動）であるが、図６に示
すように、負荷がかなり軽い場合には、ラインＬ１から
Ｌ３に示すようにその時の出力電圧としては低めの電圧
を加え、逆に負荷がかなり重くなった場合には、ライン
Ｌ１からＬ２に示すようにその時の出力電圧としては高
めの電圧を加えるようにすれば、効率の良い運転となる
と考えるに至った。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、インバータ電源から圧縮機のモータに与
えられる運転電流の変化により、コンプレッサモータを
最大効率で運転することができるインバータ制御装置を
提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、インバータ電源により冷
凍負荷に応じて圧縮機の運転周波数を可変制御するイン
バータ制御装置において、インバータ電源と圧縮機のモ
ータの間にあるモータの巻線の内の一相の巻線に流れる
運転電流を検出する電流検知器と、この電流検知器から
の運転電流値に基づいて、インバータ電源を制御するコ
ントローラと、を備えたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、インバータ電源と圧縮機のモ
ータの間にあるモータの巻線の内の一相の巻線に流れる
運転電流（２次電流）を電流検知器により検知するの
で、インバータ電源のコンバータとインバータ電源のイ
ンバータの間で電流を検知するのに比べて、最大効率で
運転できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明のインバータ制御装置を組
み込んだ空気調和装置の好ましい実施例を示している。

【００１２】図１において、インバータ電源を構成する
コンバータ１は３相交流電源Ｒ，Ｓ，Ｔを直流電力に整
流して、この直流電力をインバータ電源を構成するイン
バータ２に供給するようになっている。

【００１３】インバータ２は、コントローラ８のマイク
ロコンピュータ８ａからのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗａｖ
ｅ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号に従って、冷凍
（または空調）負荷（以下単に負荷という）に応じた周
波数の駆動電力（３相、ｕ，ｖ，ｗ）をコンプレッサの
モータ３に供給して、コンプレッサモータ３の圧縮能力
の変化により空調ユニット４内の冷媒の循環量が制御さ
れ、負荷に応じた空調運転が行われる。

【００１４】コンバータ１とインバータ２の間には、Ｄ
ＣＬ（直流検知器）とコンデンサ７が設けられている。

【００１５】本発明の実施例において特徴的なのは、コ
ンプレッサモータ３の前段で、インバータ２の交流側
（出力側）の巻線ｕ，ｖ，ｗの内の任意のいずれか一
相、たとえばｖ相の電源配線には、電流検出器ＣＴ（カ
レントトランス）５が設けられていることである。

【００１６】このようにインバータ２の交流側（出力
側、２次側）の巻線ｕ，ｖ，ｗの内の任意のいずれか一
相の巻線に電流値検出用の電流検出器ＣＴを設定するこ
とにより、後で図４により説明するように、コンプレッ
サモータ３の運転周波数に関係なく２次電流を大きく変
化させることができる。つまり、２次側で電流検出器Ｃ
Ｔを設定して２次電流をマイクロコンピュータ８ａが監
視することにより、コンプレッサモータ３の運転負荷状
態の変化を把握し易い。これに対して、従来のように電
流検出器ＣＴをコンバータ１とインバータ２の間に配置
する場合には、運転周波数が変わっても１次電流の変化
が少なくコンプレッサモータ３の運転負荷状態の変化を
把握できない。

【００１７】この電流検出器ＣＴは、コンプレッサモー
タ３とインバータ２間の１相ｖにおける運転電流をマイ
クロコンピュータ８ａに取り込むためのものであり、電
流検出器ＣＴ５の検出信号は交流なので、整流回路６を
介して直流電圧に変換され、検出信号としてコントロー
ラ８の入力ポートに与えられるようになっている。

【００１８】コントローラ８は、検出信号を入力データ
として、内蔵するマイクロコンピュータ８ａにより、図
２に示すような判断行う。

【００１９】この異常判断は、マイクロコンピュータ８
ａ内のＲＯＭ等に格納された運転制御プログラムによっ
て実行される。

【００２０】すでに説明したように、図６は、出力電圧
とインバータ周波数の関係を示している。

【００２１】従来のインバータ運転では、図６で説明し
たように、常に出力電圧／運転周波数の関係が一定（出
力電圧／運転周波数一定制御という）であるが、図２に
示すように重い負荷の時には出力電圧／運転周波数の関
係を示すラインＬ１をＬ２のように上げて、軽い負荷の
時には出力電圧／運転周波数の関係を示すラインＬ１を
Ｌ３のように下げる。

【００２２】これを実現するための手段として、図２に
示すフローチャートに従って、２次電流最小制御を行
う。実際に得たデータによると、この２次電流最小制御
は、いわゆる１次効率最大制御をすることになり、これ
により年間の電力消費量を軽減することができる。つま
り、消費電力を小さくして最大の効率の運転を実現でき
る。

【００２３】ここで、最大効率運転制御（Ｍａｘ Ｅｆ
ｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｄｒｉｖｅ制御、以下ＭＥＤ制御と
いう）について説明する。

【００２４】この最大効率運転制御は、省エネルギー運
転を目的として、外気温度、運転周波数、電流条件によ
り、出力電圧の微調整を行うことである。この制御を行
うことで、運転負荷に応じて常に１次側の効率が最大の
運転（入力電力最小）が可能になる。

【００２５】ＭＥＤ制御条件以外の場合には、常に所定
の基本出力電圧に基づいて動作し、ＭＥＤ制御の場合に
は所定の基本出力電圧の補正テーブルに基づいて動作す
る。

【００２６】ＭＥＤ制御に入る条件としては、たとえば
運転周波数が３０ないし６０Ｈｚ、外気温度が３５°Ｃ
以下（冷房時）／１４°Ｃ以下（暖房時）および室内熱
交換器のコイルの温度が４６°Ｃ以下、２次側電流が８
Ａ以下（ＣＴにより検知されるＡ／Ｄ入力）、同一運転
周波数が１０秒以上継続した場合である。

【００２７】ＭＥＤ制御中の出力電圧の変化許容範囲
は、ある値以下に限定する。これはマイクロコンピュー
タ８ａの暴走を防止するためである。

【００２８】つぎに、上記２次電流最小制御を図２を参
照して説明する。

【００２９】まず、マイクロコンピュータ８ａは、上述
したＭＥＤ制御条件を満たしているかどうかを判断する
（ステップＳ１）。このＭＥＤ制御条件を満たしていな
い時には、基準出力電圧で図１のコンプレッサモータ３
を運転する。

【００３０】このＭＥＤ制御条件を満たしている時に
は、マイクロコンピュータ８ａは、出力電圧調整して出
力電圧をいったん下げる（ステップＳ２）。そして、た
とえば５ないし１０秒待って出力電圧の下げの効果を監
視しながら、その後の平均電流値が増加しているかどう
かを判断する（ステップＳ３）。

【００３１】ステップＳ３において平均電流値が増加し
ていない時には、マイクロコンピュータ８ａは、ステッ
プＳ４に移り、平均電流値が下限値まで達しているかど
うかを判断する。ステップＳ５に示すように平均電流値
が下限値まで達している時にはステップＳ６に移る。こ
れに対して、平均電流値が下限値まで達していない時に
は、ステップＳ２に戻り、平均電流値が下限値（２次電
流値は、２次電流最終値になる）まで達するようにす
る。このステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５のループは、
図３の左側のゾーンＺＬに相当し、矢印Ｘ１方向に移
る。

【００３２】一方、ステップＳ３において平均電流値が
増加した時には、ステップＳ７に移り、出力電圧を上げ
る。しかし、この場合、２次電流値は、２次電流最終値
になる。このステップＳ２，Ｓ３，Ｓ７のループは、図
３の右側のゾーンＺＲに相当し、矢印Ｘ２方向に移る。

【００３３】そして、現実の２次電流値が１．５Ａ増加
した場合（運転負荷が上がって出力電圧が最適値からず
れた場合）には、出力電圧を基準出力電圧に戻す（ステ
ップＳ８）。

【００３４】負荷状態に応じて、最も効率の良いインバ
ータ駆動をさせる手段として、２次電流最小制御を採用
する。この２次電流を最小に調整する方法としては、電
流検出器ＣＴにより、コンプレッサモータ３の運転電流
をマイクロコンピュータ８ａに読ませて、マイクロコン
ピュータ８ａは、ある負荷状態における２次電流が最小
になるような出力電圧（Ｖａｖｅ）を出力させる（閉ル
ープ制御している）。

【００３５】ある運転負荷（トルク）での２次電流最小
値を選んで制御すると、結果としてそれは１次効率が最
大となる条件で運転したことになる（図４参照）。この
ことは、１次側の入力電力がいつも最小である運転を選
んでいることでもある。この点は、図４に示している。

【００３６】図４は、２次電流最小制御における、１次
効率、１次電流、２次電流と、トルク（負荷）との関係
の例を示している。

【００３７】１次効率曲線は、同じ効率を生じるために
一番小さい電力量で済ませるための曲線である。

【００３８】従来では、１次効率曲線ＰＬ１ないしＰＬ
５の内のＰＬ２のみで制御していた。これに対して、本
発明ではこれらの１次効率曲線ＰＬ１ないしＰＬ５の一
番上側の部分を結んだ１次効率最大運転包絡線ＰＬ（太
い線で示す）を用いて制御している。トルクが小さくな
るほど、使う電流が小さくなる。

【００３９】また、２次電流曲線ＳＬ１ないしＳＬ５の
一番下側の部分を結んだ線を、２次電流包絡線ＳＬとい
い、トルクの変化に応じて電流値が大きく変化してい
る。

【００４０】この２次電流を図１の電流検知器ＣＴで監
視すると、１次電流に比べて２次電流の変化が大きいの
で、負荷追従性が良く、最適制御を行える。

【００４１】これに対して、１次電流ＰＣは、変化が非
常に小さいので、電流検知器ＣＴの検知誤差の範囲内の
変化に過ぎず、監視精度が悪い。したがって、より複雑
な制御を必要とする。特に小型の空気調和装置では、こ
の１次電流を監視する方式を採用しているので、負荷の
変化をつかみきれない。

【００４２】ところで、本発明は特許請求の範囲を逸脱
しない範囲において、種々の変更をすることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、イ
ンバータ電源と圧縮機のモータの間にあるモータの巻線
の内の一相の巻線に流れる運転電流（２次電流）を電流
検知器により検知するので、インバータ電源のコンバー
タとインバータ電源のインバータの間で電流を検知する
のに比べて、最大効率で運転できる。

【００４４】したがって、インバータ電源から圧縮機の
モータに与えられる運転電流の変化により、コンプレッ
サモータを最大効率で運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ制御装置が組み込まれた空
気調和装置の好ましい実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明における２次電流最小制御を説明するた
めのフロー図である。

【図３】図２における出力電圧と２次電流の関係を示す
図である。

【図４】本発明における１次効率、１次電流、２次電流
曲線を示す図である。

【図５】従来における出力電圧と運転周波数の関係を示
す図である。

【図６】図６において重い負荷と軽い負荷の場合の出力
電圧の変化の例を示す図である。

【符号の説明】

１ インバータ電源を構成するコンバータ ２ インバータ電源を構成するインバータ ３ 圧縮機のモータ ８ コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ電源により冷凍負荷に応じて
   圧縮機の運転周波数を可変制御するインバータ制御装置
   において、 インバータ電源と圧縮機のモータの間にあるモータの巻
   線の内の一相の巻線に流れる運転電流を検出する電流検
   知器と、 この電流検知器からの運転電流値に基づいてインバータ
   電源を制御するコントローラと、を備えたことを特徴と
   するインバータ制御装置。